DE19938888A1 - Zündanlaßschalter - Google Patents

Abstract

Zündanlaßschalter mit mehreren in einem Kreis um eine Achse (1) angeordneten Hallsensoren (H1.1. bis H3.2), die jeweils bei Auftreten eines Magnetfeldes ein Ausgangssignal abgeben, einem um die Achse (1) drehbaren, mit Permanentmagneten (8, 9) besetzten Körper (6), der ein seiner jeweiligen Drehposition entsprechendes Magnetisierungsmuster auf die Hallsensoren (H1.1. bis H3.2) abbildet, und einer Auswerteeinrichtung (4), die den Hallsensoren (H1.1. bis H3.2) nachgeschaltet ist, die die Ausgangssignale jeweils zweier Hallsensoren (H1.1. bis H3.2) je ein Gesamtausgangssignal bildend miteinander verknüpft und die aus den Gesamtausgangssignalen ein mindestens n unterschiedlichen Drehpositionen des Körpers (6) entsprechendes Positionssignal erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zündanlaßschalter.

Die Aktivierung eines Kraftfahrzeuges und die Ansteuerung verschiedener Aktionszustände wie beispielsweise Freigabe der Lenkung, Freigabe des Radios, Fahrbereitschaft und Anlassen (Start) erfolgt üblicherweise durch eine mechanische Klemmen­ steuerung. Dazu wird in der Regel ein Bartschlüssel in ein entsprechendes Zündschloß eingesteckt und durch Drehen des Bartschlüssels werden die entsprechenden elektrischen Kontak­ te mechanisch geschlossen oder geöffnet. Da jedoch mechani­ sche Klemmensteuerungen einen erheblichen Aufwand erfordern, ist es wünschenswert, Klemmensteuerungen mittels kontaktloser Schalter zu realisieren. Jedoch sind bei der Realisierung von Zündanlaßschaltern mittels kontaktloser Schalter die hohen Sicherheitsanforderungen für diese Komponente zu berücksich­ tigen. Insbesondere darf bei einem Fehler eines kontaktlosen Schalters keine spürbare Funktionseinschränkung auftreten. Des weiteren muß bei allen möglichen Fehlerkombinationen von zwei kontaktlosen Schaltern insbesondere der Aktionszustand "Fahrbereitschaft" erhalten bleiben und dieser Aktionszustand jederzeit gezielt abgeschaltet werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zündanlaßschalter bereit­ zustellen, der die oben genannten Anforderungen zumindest teilweise erfüllt.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Zündanlaßschalter gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1. Ausgestaltungen und Wei­ terbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Un­ teransprüchen.

Ein erfindungsgemäßer Zündanlaßschalter umfaßt insbesondere n in einem Kreis um eine Achse angeordnete Hallsensoren, die jeweils bei auftreten eines Magnetfeldes ein Ausgangssignal abgeben. Die Verteilung der Hallsensoren in dem Kreis kann dabei gleich verteilt in äquidistanten Positionen oder aber unregelmäßig verteilt mit beispielsweise Lücken, die nicht mit Hallsensoren besetzt sind. Des weiteren ist ein um die Achse drehbarer, mit Permanentmagneten besetzter Körper vor­ gesehen, der ein seiner jeweiligen Drehposition in Bezug auf die Hallsensoren entsprechendes Magnetisierungsmuster auf die Hallsensoren abbildet. Schließlich ist eine Auswerteeinrich­ tung vorgesehen, die den Hallsensoren elektrisch nachgeschal­ tet ist, die die Ausgangssignale jeweils zweier Hallsensoren je ein Ausgangssignal bildend miteinander verknüpft und die aus den Gesamtausgangssignal ein mindestens n/2 unterschied­ lichen Drehpositionen des Körpers entsprechendes Positions­ signal erzeugt. Der Drehkörper wird in der Regel ein schei­ benförmiges Gebilde sein, kann aber in gleicher Weise auch beliebige andere Formen annehmen. Je zwei Hallsensoren lie­ fern über eine spezielle Verknüpfung jeweils ein Signal und wirken daher jeweils wie ein einziger Sensor. Durch die Red­ undanz wird gewährleistet, daß der Ausfall eines kontaktlosen Schalters keine spürbare Funktionseinschränkung nach sich zieht.

Bevorzugt werden jeweils die Ausgangssignale zweier Hallsig­ nale derart verknüpft, daß bei Auftreten eines Ausgangs­ signals an beiden Hallsensoren kein Gesamtausgangssignal, bei Auftreten eines Ausgangssignals an einem der beiden Hallsen­ soren ein Gesamtausgangssignal und bei ausbleiben von Aus­ gangssignalen an beiden Hallsensoren ein Gesamtausgangssignal ausgegeben wird. Diese Art der Verknüpfung entspricht im we­ sentlichen einer NAND-Verknüpfung, durch die eine hohe Be­ triebssicherheit erreicht wird. Jedoch kann auch eine andere Art der Verknüpfung gewählt werden, wenn insbesondere ent­ sprechende zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden.

Bevorzugt werden die Gesamtausgangssignale zu einem Binärwort zusammengefaßt derart, daß die Gesamtausgangssignale jeweils eine Stelle des Binärwortes bilden und das Binärwort zur Er­ zeugung des Positionssignals verwendet wird. Damit wird eine einfache Weiterverarbeitung ermöglicht, wobei den einzelnen Stellen des Binärwortes unterschiedliche Gewichtungen beige­ messen werden können. Der bedeutendsten Position (z. B. Fahr­ bereitschaft) kann das Binärwort null zugeordnet werden, so daß bei Ausfall mehrerer Hallsensoren diese Position erhalten bleibt.

Zweckmäßigerweise werden die Hallsensoren punktsymmetrisch zur Drehachse angeordnet, wobei die Hallsensoren äquidistant zueinander oder in unterschiedlichen Abständen sich befinden können.

Bevorzugt werden die Permanentmagnete auf dem Körper derart angeordnet, daß mindestens zwei Kreissegmente mit unter­ schiedlicher Polarität erzeugt werden. Die Kreissegmente kom­ men dabei im wesentlichen parallel zu dem durch die Hallsen­ soren beschriebenen Kreis zum Liegen. Des weiteren können die Kreissegmente dabei gleich oder aber in unterschiedlicher Größe und/oder Ausgestaltung ausgeführt werden.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Körper auch in Richtung der Drehachse verschiebbar. Ist der Körper dabei in einem bestimmten Abstand von den Hallsensoren entfernt, so werden diese nicht ausreichend magnetisiert. Dieser Zustand kann abgefragt werden und als weitere Position ausgewertet werden. Beim Einstecken eines externen Elements (zum Beispiel Schlüssel) kann nämlich beispielsweise der Körper von einer entfernten Position in eine den Hallsensoren näher gelegene Position gebracht werden. Alternativ dazu kann aber auch vor­ gesehen werden, daß beim Einstecken des externen Elements beispielsweise durch einen schraubenähnlichen Mechanismus der Körper gedreht wird und die Drehung wie oben beschrieben aus­ gewertet wird. Damit kann beispielsweise ermittelt werden, ob ein Schlüssel in das Zündschloß eingesteckt ist oder nicht.

Bevorzugt läßt sich der Schlüssel dabei nur bei einer Drehpo­ sition in Richtung der Drehachse verschieben, damit sicherge­ stellt ist, daß beispielsweise im Betriebsfall des Fahrzeuges der Schlüssel nicht abgezogen werden kann.

Des weiteren werden vorzugsweise die Permanentmagnete und die Hallsensoren derart angeordnet, daß zwischen zwei Positionen des Körpers nur ein Gesamtausgangssignal sich ändert. Damit wird gewährleistet, daß bei Übergängen zwischen zwei Positio­ nen, unabhängig davon welche kontaktlose Schalter zuerst schaltet, nur diese beiden Positionen erreicht werden können.

Schließlich kann eine Fehlererkennungseinrichtung vorgesehen werden, wobei nicht alle durch Kombination der Ausgangssigna­ le der Hallsensoren möglichen Zustände einer Position zuge­ ordnet sind und die verbleibenden, nicht einer Position zuge­ ordneten Zustände durch die Fehlererkennungseinrichtung zur Fehlererkennung ausgewertet werden. Durch diese Maßnahme kann die Betriebssicherheit eines erfindungsgemäßen Zündanlaß­ schalters noch weiter erhöht werden, in dem rechtzeitig nicht zulässige Zustände erkannt werden und entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den mechanischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Zündanlaßschalters und

Fig. 2 die möglichen logischen Zustände bei dem Zündanlaß­ schalter nach Fig. 1

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Zündanlaßschalters sind 6 Hallsensoren H1.1, H1.2, H2.1, H2.2, H3.1 und H3.2 vorgesehen, die auf einem Kreis um eine Achse 1 angeordnet sind. Die Hallsensoren H1.1 bis H3.2 sind dabei auf einem platineartigen Träger 2 (zum Beispiel Leiterplatte) montiert und jeweils über Leiterbahnen 3 mit einem Mikrocontroller 4 verbunden, der gesteuert durch ein entsprechendes Mikroprogramm mittels Auswertung der Si­ gnale der Hallsensoren H1.1 bis H3.2 Steuersignale 5 für nachfolgende, in der Zeichnung nicht dargestellte Einheiten (z. B. Schalteinrichtungen) erzeugt.

Des weiteren ist eine um die Achse 1 drehbare, mit Permanent­ magneten besetzte Scheibe 6 vorgesehen, in die ein Schlüssel 7 einsteckbar ist und die beim Einstecken des Schlüssels 7 beziehungsweise beim Herausziehen des Schlüssels 7 eine Dre­ hung erfährt. Die Permanentmagnete sind dabei auf der Scheibe 6 so angeordnet, daß sie drei Kreissegmente 8 mit bestimmter Polarität (S oder N) bilden, wobei beim Ausführungsbeispiel die Kreissegmente 8 unterschiedliche Umfangslängen aufwei­ sen. Die Kreissegmente 8 können dabei in einer oder mehreren Positionen auch mehrere Hall-Sensoren überdecken. Jedoch könnten auch gleiche Umfangslängen verwendet werden. Zwischen diesen Segmenten 8 mit bestimmter Polarität (S oder N) sind Bereiche 9 mit entgegengesetzter Polarität (N oder S) ange­ ordnet, um schärfere Schaltübergänge zu erhalten. Der durch die Kreissegmente 8 gebildete Kreis korrespondiert dabei mit dem durch die Hallsensoren H1.1 bis H3.2 beschriebenen Kreis.

Zur Auswertung wird ein Verfahren herangezogen, daß über eine hohe Redundanz verfügt. Je zwei Hallsensoren H1.1 und H1.2 beziehungsweise H2.1 und H2.2 beziehungsweise H3.1 und H3.2 liefern über eine NAND-Verknüpfung einen Ausgabewert. Sie wirken dabei wie ein einziger Hallsensor (H1, H2, H3). Die NAND-verknüpften Ausgangssignale der Hallsensoren H1.1 bis H3.2, die als Ausgangssignale von einzelnen Sensoren H1, H2 und H3 anzusehen sind, bilden die Stellen eines Binärwortes. Bestimmten Positionen X_P des Zündanlaßschalters sind dabei bestimmte Werte dieses Binärwortes zugeordnet. Die Position X_P des Zündanlaßschalters ergibt sich dabei aus den Ausgangs­ signalen der Sensoren H1, H2 und H3 wie folgt:

X_P = 1 . H1 + 2 . H2 + 4 . H3, mit

H1 = Not(H1.1 AND H1.2),

H2 = Not(H2.1 AND H2.2) und

H3 = Not(H3.1 AND H3.2).

Es ergeben sich somit 2³ = 8 verschiedene Ergebniswerte, mit denen 8 verschiedene Positionen X_P identifiziert werden kön­ nen. Beim Ausführungsbeispiel werden allerdings nur 6 Werte, das heißt 6 Positionen des Zündanlaßschlosses benötigt. Dies sind im einzelnen die Positionen Schlüssel-Aus/Key Out (6), Schlüssel-Ein/Key In (7), Trigger (3), Freigabe-Radio/KL_R (1), Fahrbereitschaft/KL_15 (0) und Starten/KL_50 (4). Die in Klammern angegebenen Zahlen entsprechen dabei dem jeweiligen Wert des Binärwortes. Wie zu ersehen ist, sind die Werte 2 und 5 keinen Positionen zugeordnet. Diese werden als redun­ dante Werte zur Fehlerauswertung herangezogen. Die Zusammen­ hänge für alle möglichen Positionen und Kombinationen sowie den Übergangswerten zwischen zwei Positionen ist in der Ta­ belle aus Fig. 2 dargestellt.

Darüber hinaus sind im unteren Teil der Tabelle sämtliche Möglichkeiten aufgeführt für die Fälle, in denen einer oder beide Hallsensoren bei einer bestimmten Position ausfallen. Im einzelnen beschreibt die Position "Key Out" den Fall, daß kein Schlüssel in das Zündanlaßschloß eingesteckt ist, wäh­ rend "Key In" den Fall beschreibt, bei der ein Schlüssel in das Zündanlaßschloß eingebracht wurde. Beim Durchgang der Po­ sition "Trigger" wird ein Triggersignal erzeugt, daß bei­ spielsweise eine dem Zündschloß nachgeschaltet Einheit akti­ viert. "KL_R" bezieht sich auf die Freigabe des Radios, "KL_15" auf die Fahrbereitschaft und "KL_50" schließlich auf das Anlassen. Durch die hohe Redundanz aufgrund der Verwen­ dung mindestens zweier Hallsensoren pro Position sowie zweier Kodierungen ohne zugeordnete Position (Low-Fehler-Test) wird gemäß der Tabelle in Fig. 2 bereits die Forderung voll er­ füllt, daß bei einem Fehler eines der Hallsensoren H1.1 bis H3.2 keine spürbare Funktionseinschränkung auftritt. Darüber hinaus gewährleistet die konkrete Anordnung der einzelnen Zu­ stände gemäß der Tabelle aus Fig. 2 bezogen auf die Position "KL_15", daß bei allen möglichen Fehlerkombinationen der Hallsensoren H1.1 bis H3.2 der Zustand von "KL_15" erhalten bleibt und daß "KL_15" jederzeit gezielt abgeschaltet werden kann. Bei allen Einzelfehlern und achtzig Prozent der Doppel­ fehler reagiert der erfindungsgemäße Zündanlaßschalter nur mit einer leichten Verschiebung in den Übergangsbereichen.

Hinsichtlich Doppelfehlern sind drei Fälle gesondert zu be­ trachten: Die Hallsensoren H1.1 und H1.2, H2.1 und H2.2 oder H3.1 und H3.2 sind defekt. In diesen Fällen stehen noch zwei Ausgabewerte zur Verfügung. Der Ergebniswertebereich redu­ ziert sich dabei auf 2² = 4. Durch Zuordnen des Wertes 0 zur Position "KL_15" wird hier insbesondere erreicht, daß die Po­ sition "KL_15" erhalten bleibt und jederzeit gezielt abge­ schaltet werden kann. Es ergeben sich zwar größere Verschie­ bungen und Verbreiterungen der Zuordnungsbereiche, die Ein­ deutigkeit und die Beständigkeit der Position "KL_15" bleibt aber immer erhalten.

Desweiteren ist die Anordnung der Permanentmagnete und Hall­ sensoren H1.1 bis H3.2 so gewählt, daß zwischen zwei logi­ schen Zuständen sich nur ein Wert von Hallsensorpaaren (H1 bis H3) verändert. Damit wird gewährleistet, daß bei Übergän­ gen zwischen den logischen Zuständen, unabhängig davon, wel­ cher kontaktlose Schalte zuerst schaltet, nur diese beiden Zustände erreicht werden können. Insbesondere ist aus der in Fig. 2 dargestellten Tabelle zu ersehen, daß der für die Po­ sition "KL_15" vorgesehene logische Zustand 0 trotz Defekts zweier Hallsensoren erhalten bleibt.

Darüber hinaus können weitere Verfahren zur Fehlerüberwachung vorgesehen werden. Zum Beispiel kann ein Interrupt ausgelöst werden, wenn die Scheibe 6 sich bewegt und/ oder das Aus­ gangssignal eines der Hallsensoren H1.1 bis H3.2 sich ändert. Desweiteren können alle Hallsensoren H1.1 bis H3.2 dahinge­ hend ausgewertet werden, ob ihre Signale sämtlich gleich 0 sind. Ist dies der Fall, so ist davon auszugehen, daß sämtli­ che Hallsensoren defekt sind (LOW-Fehler-Test).

So erfolgt beispielsweise durch Drehen der Magnetscheibe 6 eine Änderung der Hall-Signatur, wodurch ein Interrupt ausge­ löst wird. In der Interruptroutine wird die aktuelle Hall- Signatur ausgelesen, ein Taktsignal an eine Auswerteschaltung ausgegeben und anschließend die Hall-Signatur nochmals ausge­ lesen. Nur wenn beide Signaturen identisch sind, erfolgt eine Verarbeitung des neuen Wertes. Dieser erste Taktimpuls veran­ laßt die Auswerteschaltung die momentane Signatur in einen Eingangspuffer zu übernehmen. Ein weiterer Taktimpuls wird dann, wenn der Mikrocontroller 4 die Signatur analysiert und alle weiteren Bedingungen als gültig erkannt hat, ausgegeben. Dadurch wird die Auswerteschaltung veranlaßt, das Resultat aus den Eingangsgrößen auf den Ausgang auszugeben. Damit wird gewährleistet, daß die Auswerteschaltung und der Mikrocon­ troller 5 simultan arbeiten. Mittels des Low-Fehler-Tests, wird ermittelt, welche Hall-Sensoren in die Berechnung einge­ hen. Nach Abschaltung der Hall-Sensoren, für den Test, wird ein weiterer Taktimpuls an die Auswerteschaltung ausgegeben. Die Auswerteschaltung lößt darüber eine eigene Hall- Fehlererkennung aus.

Die Hall-Sensoren sind aktiv bei Low. Damit gilt der Erken­ nung möglicher Low-Fehler besondere Aufmerksamkeit. Es er­ folgtdaher nach jedem Auslesen einer neuen Signatur ein Low- Fehler-Test. Die Berechnung der neuen Position berücksichtigt die Ergebnisse aus dem Low-Fehler-Test. Dazu wird der Aus­ gangswert des defekten Hall-Sensors auf High gesetzt.

Die Hall-Sensoren verfügen beispielsweise über einen Pull-Up- Widerstand am Ausgang. Werden die Hall-Sensoren durch einen Transistor des Mikrocontrollers 4 abgeschaltet, folgen die Ausgänge dem High-Pegel. Bleibt jedoch ein Hall-Sensor auf Low, muß von einem Defekt ausgegangen werden. Die Abschaltung des Hall-Sensors erfolgt in einer Interruptroutine nach dem zweiten Auslesen der Signatur. Anschließend wird ein Inter­ rupt-Timer aufgerufen und die Interruptroutine verlassen. Nach Ablauf des Timers wird die Hall-Signatur für die Feh­ leranalyse ausgelesen und die Hall-Sensoren wieder aktiviert. Nach dem Einschalten der Hall-Sensoren muß eine Einschwing­ zeit abgewartet werden. Hierfür erfolgt ein zweiter Aufruf des Timers (z. B. Software-Timer).

Einzelne High-Fehler wirken sich im Ergebnis nicht aus. Sie müssen aber registriert werden, da aus sicherheitstechnischen Überlegungen das System bei zwei Fehlern nicht mehr gestartet werden soll. Die Zuordnung von Hall-Sensoren und Kontrollpo­ sition ist so gewählt, daß ein eindeutiger Erwartungswert an­ stehen muß. Wird dieser nicht erkannt, gilt der jeweilige Hall-Sensor als defekt.

Claims (12)

1. Zündanlaßschalter mit
mehreren in einem Kreis um eine Achse (1) angeordneten Hallsensoren (H1.1. bis H3.2), die jeweils bei Auftreten ei­ nes Magnetfeldes ein Ausgangssignal abgeben,
einem um die Achse (1) drehbaren, mit Permanentmagneten (8, 9) besetzten Körper (6), der ein seiner jeweiligen Dreh­ position entsprechendes Magnetisierungsmuster auf die Hall­ sensoren (H1.1. bis H3.2) abbildet, und
einer Auswerteeinrichtung (4), die den Hallsensoren (H1.1 bis H3.2) nachgeschaltet ist, die die Ausgangssignale jeweils zweier Hallsensoren (H1.1. bis H3.2) je ein Gesamt­ ausgangsignal bildend miteinander verknüpft und die aus den Gesamtausgangsignalen ein mindestens n unterschiedlichen Drehpositionen des Körpers (6) entsprechendes Positions­ signal erzeugt.

2. Zündanlaßschalter nach Anspruch 1, bei dem jeweils die Ausgangssignale zweier Hallsensoren (H1.1. bis H3.2) derart verknüpft werden, daß bei Auftreten eines Ausgangsignals an beiden Hallsensoren (H1.1. bis H3.2) kein Gesamtausgangs­ signal, bei Auftreten eines Ausgangsignals an einem der bei­ den Hallsensoren (H1.1. bis H3.2) ein Gesamtausgangssignal und bei Ausbleiben von Ausgangsignalen an beiden Hallsensoren (H1.1. bis H3.2) ein Gesamtausgangssignal ausgegeben wird.

3. Zündanlaßschalter nach Anspruch 2, bei dem die Gesamtaus­ gangssignale jeweils eine Stelle eines Binärwortes bilden, das zur Erzeugung des Positionssignals verwendet wird.

4. Zündanlaßschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Hallsensoren (H1.1. bis H3.2) in einem Kreis um die Drehachse (1) angeordnet sind.

5. Zündanlaßschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Permanentmagnete (8, 9)auf dem Körper (6) derart an­ geordnet sind, daß Kreissegmente mit unterschiedlicher Pola­ rität erzeugt werden.

6. Zündanlaßschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Körper (6) in Richtung der Drehachse (1) verschiebbar ist und zusätzlich zur Drehposition die Verschiebeposition in Richtung der Drehachse (1) erfaßt und ausgewertet wird.

7. Zündanlaßschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein externes Element (7) in den Körper einsteckbar ist und bei dem ein Mechanismus vorgesehen ist, der den Körper (6) beim Einstecken des externen Elements dreht.

8. Zündanlaßschalter nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Kör­ per (6) und /oder das externe Element (7) nur bei einer Dreh­ position in Richtung der Drehachse verschiebbar ist.

9. Zündanlaßschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Position mit den höchsten erforderlichen Ausfallsi­ cherheit der Wert null zugeordnet ist.

10. Zündanlaßschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Permanentmagnete (8, 9) und die Hallsensoren (H1.1. bis H3.2) derart angeordnet sind, daß zwischen zwei Positionen des Körpers (6) nur ein Gesamtausgangssignal sich ändert.

11. Zündanlaßschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Fehlererkennungseinrichtung vorgesehen ist, wo­ bei nicht alle durch Kombination der Ausgangssignale der Hallsensoren (H1.1. bis H3.2) möglichen Zustände einer Posi­ tion zugeordnet sind und die verbleibenden, nicht einer Posi­ tion zugeordneten Zustände durch die Fehlererkennungseinrich­ tung zur Fehlererkennung ausgewertet werden.

12. Zündanlaßschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Hall-Sensoren mittels eines Low-Fehler-Tests und/oder eines High-Fehler-Tests überwacht werden.